案例分析题 案例:
下面为一道物理习题和某同学的解答。
题目:
如图7所示,放在水平桌面上的圆柱形容器高0.24 m,底面积为0.02 m2,容器内装有4 kg的水(不计容器重力和壁的厚度,g取10 N/kg,水的密度为1.0×103g/m3)。现将一密度为2.0×103kg/m3的实心小球轻轻地放入容器中,静止后有0.2 kg的水溢出,求:
问答题 11.指出该习题旨在帮助学生掌握的知识点。
【正确答案】考查液体压强公式,固体压强、压力的相关计算。
【答案解析】
问答题 12.写出该习题正确的解答。
【正确答案】正确解答:
①小球放入容器后,有水溢出,说明此时容器中盛满了水,水的高度为0.24 m,则pgh=1.0×103kg/m3×10 N/kg×0.24m=2.4×103Pa
②放入小球后,小球的密度大于水的密度,故小球会沉入容器底部,此时溢出水的体积
V==2×10-4m3溢出水的质量m=ρv=1.0x103kg/m3×2×10-4m3=0.2 kg,则剩余水的质量m剩水=4 kg一0.2 kg=3.8 kg
小球的体积V=V一V剩水=V一(V-V)=V+V-V=0.02m2×0.24m+2×10-4m3-4×10-3m3=1×10-3m3
小球的质量mV=2.0×103kg/m3×1×10-3m3=2kg
则容器对桌面的压力F=G+G剩水=2kg×10N/kg+3.8kg×10N/kg=58N,容器对桌面的压强p=
【答案解析】
问答题 13.针对该同学的解答,设计教学片段帮助其解决此类问题。
【正确答案】 师:同学们,固体压强的公式和液体压强的公式分别是什么呢?
生:p=,p=ρgh。
师:很好,那么如何计算容器对桌面的压力、压强呢?
生甲:第一问中计算出的压强也是容器对桌面的压强,然后将压强数值代入公式F=pS可求出压力。
师:大家想一想,这样求解正确吗?
生乙:第一问求出的是水对容器底部的压强,第二问需要求得是容器对桌面的压强,二者不相等,这样求解是错误的。
师:乙同学分析得非常好,那么大家想一想,这里水对容器底部的压强和容器对桌面的压强为什么不相等呢?
生丙:实心小球静止时处于容器底部,它对容器底也有压力,这导致了二者不一致。
师:是的,那么这道题中我们计算容器对桌面的压力、压强时,应如何求解呢?
生:先求压力,再根据P=求压强。
师:那么容器对桌面的压力包括什么呢?
生:剩余水的重力和球的重力之和。
师:剩余的水和球的重力应该怎么计算呢?
生:剩余水的重力可以用总的水重减去溢出的水的重力,即G=mg=38 N。球的重力需要先求出其体积,等于容器体积减去剩余水的体积,即V=l×103m3,则G=mg=20 N,所以F=G+G=58 N,对应的压强p==
【答案解析】